液化天然气技术复习资料

第一章绪论 (3)

一、LNG (3)

第二章天然气净化技术 (3)

一、天然气中脱除酸性气体 (4)

二、天然气脱水 (4)

三、其他杂质的脱除 (4)

第三章制冷原理和方法 (5)

一、蒸汽压缩制冷 (5)

第四章天然气液化技术 (8)

一、级联式循环 (8)

二、混合制冷剂液化流程（MRC） (8)

三、膨胀机制冷液化流程 (9)

四、CII液化流程 (10)

第五章LNG生产主要设备 (10)

一、制冷压缩机组 (10)

二、换热器 (12)

三、膨胀机 (12)

第六章LNG储存技术 (13)

一、LNG储罐（槽） (13)

二、LNG储罐的安全 (15)三、储罐的吹扫与冷却 (16)

第七章LNG运输 (17)

一、LNG的陆上运输 (17)

二、LNG的海上运输 (17)

三、LNG的管道输送 (18)

第八章LNG接收终端 (20)

一、LNG接收终端工艺系统 (20)

二、LNG接收终端的主要设备 (22)

第九章LNG气化站与加气站 (23)

一、LNG气化站 (23)

二、LNG加气站 (24)

三、LCNG加气站 (24)

第十章LNG的冷量利用 (25)

一、LNG的冷量利用 (25)第一章绪论

一、LNG

1、LNG的基本性质

①常压沸点：-162.15℃②辛烷值：130

③液态体积与气态体积比：1：（600~625）

2、LNG的特点

①经济高效②清洁环保③灵活方便④安全可靠

3、LNG运输方式

①轮船运输②汽车运输③火车运输

4、LNG工业

LNG工业主要包括天然气的预处理、液化、储存、运输、接收站、再汽化装置等

LNG工厂类型：①基本负荷型②调峰型③终站型④卫星型

第二章天然气净化技术

LNG的净化指标：

杂质含量极限

H2O <0.1mg/L (ppm)

CO250~100mg/L

H2S 3.5mg/Nm3

COS <0.1mg/L

总含S量10~50mg/Nm3Hg 0.01µg/Nm3

芳香烃族1~10mg/L

一、天然气中脱除酸性气体

1、脱酸方法

分类：化学溶剂法、物理溶剂法、物理化学溶剂法、直接转化法、分子筛法LNG工业中常用化学溶剂法，常用的化学溶剂是二异丙醇胺（DIPA）、甲基二乙醇胺（MDEA）

二、天然气脱水

水分的危害：容易导致水合物的形成，造成设备的腐蚀和堵塞

1、脱水方法

分类：冷却法、溶剂吸收法、固体吸附法

（1）溶剂吸收法（甘醇吸收法）

甘醇法适用于大型天然气液化装置中脱除原料气所含大部分水分。一

般脱水露点达不到天然气进入低温液化设备的要求（-162℃）。

（2）固体吸附法（分子筛脱水）

LNG工厂一般采用4A、5A型沸石类微粒分子筛进行天然气脱水

分子筛优点：①吸附选择性强②分子筛不吸附重烃③具有高效吸附性

能④吸附水的同时可以进一步脱除残余酸性气体⑤不易

受液态水的损害

三、其他杂质的脱除

1、汞的脱除

脱除原因：造成铝合金材料的腐蚀脱除方法：采用固定床吸附

2、重烃组分的脱除

脱除原因：冷却过程中结”冰“

脱除方法：部分冷凝法

3、氮气、氧气的脱除

脱除原因：影响天然气热值

脱除方法：闪蒸

4、COS的脱除

脱除原因：COS在水分存在时会产生H2S和CO2造成腐蚀

脱除方法：与H2S和CO2一起脱除

第三章制冷原理和方法

制取冷量的方法：气体膨胀制冷——气体通过节流阀或膨胀机绝热膨胀使气体

降压降温来获得冷量

相变制冷——利用制冷剂在相变时的吸热效应来产生冷量LNG中常采用节流膨胀制冷、膨胀机绝热膨胀制冷、蒸汽压缩制冷三种方法

一、蒸汽压缩制冷

1、原理

蒸气压缩制冷是利用液体汽化相变制冷，它包括：节流膨胀、液体冷剂蒸发（熵增）、气体冷剂压缩（理想状态下等熵）、过热气体冷凝（熵减）等四个过程

节流效应：由于压力变化而引起温度变化的现象，它是不可逆过程，熵增工艺流程及P-H图：

2、制冷剂

天然气制冷装置中应用最普遍的是: 丙烷、乙烯、乙烷、甲烷等制冷剂

制冷剂代号制冷剂名称

标准大气压力下沸点

（℃）

临界湿度

（℃）

R50

低温冷剂甲烷-161.67 -82.2

R170 乙烷-88.6 -32.3

R1150 乙烯-103.8 9.33

R600 高温冷剂正丁烷-0.39 152.2

R290

中温冷剂

丙烷-42.12 96.8 R1270 丙烯-47.6 91.1 3、蒸汽压缩制冷循环流程

（1）单一制冷剂压缩制冷

分类：单一制冷剂单级压缩制冷、两级压缩制冷、多级压缩制冷

采用多级压缩制冷的原因：使实际级间温度更贴近原料气冷却曲线，

减少熵增，提高效率

特点：①随着压缩机级数增加能耗迅速降低。

②随着压缩机级数增加，制冷系统的设备费用也会升高。

③最佳的总费用与特定的制冷系统有关，由一系列的经济参数

确定

工艺流程图（两级压缩）：

（2）级联式制冷

采用级联式制冷的原因：在深冷时，考虑到低温冷剂临界温度的限

制，不能单独使用低温冷剂，而需高中低配

合使用

优点：①能耗低②制冷剂为纯物质，没有配比问题，操作稳定

③技术成熟，压缩机的喘震减少

缺点：①机组多，流程复杂②附属设备多

③管道与控制系统复杂、维护不便

（3）混合制冷剂制冷

定义：以C1至C5的碳氢化合物及N2等五种以上的多组分混合制冷剂为工质，进行逐级的冷凝、蒸发、节流膨胀得到不同温度水平

的制冷量，以达到逐步冷却和液化天然气的目的优点：①机组设备少，流程简单，投资省

②管理方便

③混合制冷剂组分可以部分或全部从天然气本身提取与补充

缺点：①能耗较高②混合制冷剂的合理配比较为困难

第四章天然气液化技术

LNG生产的三个步骤：原料气预处理→液化→储存

天然气的液化工艺有：①级联式循环②混合制冷剂液化流程③膨胀机制冷液化

流程④液氮液化天然气流程⑤CII液化流程

一、级联式循环

级联式液化流程示意图：

注：每个制冷剂循环中均含有三个换热器，这样就实现了9温度水平阶式循环制冷，使级间操作温度相比3温度水平更贴近原料气冷却曲线

二、混合制冷剂液化流程（MRC）

1、无预冷的混合制冷剂液化流程

2、丙烷预冷混合冷剂制天然气液化流程（C3/MRC工艺）

3、混合制冷剂对液化流程参数的影响

（1）混合制冷剂的组成

①CH4的含量：↑则冷却负荷、功耗及液化率都↑，而比功耗↓

②N2的含量：↑则冷却负荷、功耗、比功耗及液化率都↑

③C2H4的含量：↑则冷却负荷、功耗及液化率↓，而比功耗先↓后↑

④C3H8的含量：↑则冷却负荷、功耗及液化率↓，而比功耗↑

（2）混合制冷剂的压力

天然气液化率与功耗都随着高压混合制冷剂以及低压混合制冷剂压力

的升高而降低

三、膨胀机制冷液化流程1、天然气膨胀液化流程（开式膨胀制冷）

特点：液化率低，适用于高压天然气

2、氮气膨胀机液化流程（密闭膨胀制冷）

四、CII液化流程

主要设备：混合制冷剂压缩机、混合制冷剂分馏设备和整体式冷箱

工艺流程：天然气液化系统+混合制冷剂循环

特点：①流程精简，设备少

②冷箱采用高效钎焊铝板翅式换热器，

体积小，便于安装

③压缩机和驱动机的形式简单、可靠、

降低了投资与维护费用

第五章LNG生产主要设备

一、制冷压缩机组

组成：压缩机+驱动装置（电动机）

1、离心式压缩机

优点：流量大、转速高、结构紧凑、运转可靠

缺点：单级压比不高、效率稍低、出口节流会引起气流波动

主要计算参数：排气温度、多变效率、压缩机功率2、往复式压缩机

优点：适用压力范围广、热效率高、对介质及排气量适应性强

缺点：机器笨重结构复杂且易损件多、排气不连续造成压力脉动

适用：中、小流量而压力较高的场合

主要计算参数：排气量和供气量、实际压缩机的排气量、排气压力及级数、排气温度、功率

3、螺杆式压缩机

主要计算参数：排气温度、指示功率、绝热功率和绝热效率

适用：可用于所有制冷

4、轴流式压缩机

主要计算参数：效率、级数

适用：大流量、低压力比的场合

5、压缩机的选择

①预冷循环多选用离心式压缩机；

②气体液化循环，一级压缩多选用轴流式压缩机，

③次级压缩选用配有中间冷却器的离心式压缩机；

④甲烷压缩机多选用离心式压缩机

6、驱动机的选择

驱动机分类：电动机、蒸气涡轮机和燃气涡轮机

选择：①在基本负荷型LNG工厂中采用电动机作压缩机原动机的情况较少

②蒸汽透平已成功地用于基本负荷型LNG生产

③选用燃气透平作压缩机的原动机二、换热器

1、绕管式换热器

原理：中心心轴上缠绕上许多管条，管条端头连接到管板上，管条内为高压气体或液体，制冷剂通过冷却套在管条外循环，从而进行换热特点：效率较高，维修方便，个别泄漏时不影响设备的使用，适用于压力范围大且压力较高的范围

2、板翅式换热器

特点：传热效率高、紧凑、轻巧、适应性强、制造工艺复杂、容易堵塞

三、膨胀机

1、膨胀机原理

工作流体在涡轮膨胀机内膨胀获得动能，并有工作轮输出外功，降低了工作流体的内能和温度，达到制冷的目的

2、选型计算

第六章LNG储存技术

一、LNG储罐（槽）

1、常用小型储罐

（1）立式LNG储罐

特点：双金属壁结构，储存方式为带压储存，隔热方式主要采用真空粉末隔热

流程：包括进、排液系统，进、排气系统，自增压系统，吹扫置换系统，仪表控制系统，抽真空系统，测满系统，安全系统（2）立式LNG子母罐

隔热方式：粉末（珠光砂）堆积隔热

（3）球形LNG储罐

2、LNG大型储罐

（1）地上圆柱形储罐

结构形式：双层金属罐

分类：

单容储罐

定义：由内罐和外罐设计建造而成，仅要求内罐符合储存产

品所需的低温延展性。

特点：外罐主要用于隔热层的稳固和保护，以及约束吹扫蒸

汽的压力，而不用于储存意外从内罐泄漏的冷冻液

体。这种储罐需要设置围堰

尺寸计算：经济的储罐尺寸要求内罐保冷表面面积最小●双容储罐

定义：内、外罐均设计建造为能够储存冷冻液体，内外

罐壁间距离不超过6m

特点：外罐储存内罐中泄漏的冷冻液体，不储存内罐中泄漏

的蒸汽。这种储罐不需设置围堰

●全容罐

定义：内、外罐均设计建造为能够储存冷冻液体，内外

罐壁间距离为1~2m

特点：外罐既储存内罐中泄漏的冷冻液体，同时也能控制液

体泄漏产生的蒸汽的排气量。此类储罐在金属罐外有

一带顶的全封闭混凝土外罐

●薄膜罐

定义：内罐为不锈钢薄膜,外罐为预应力混凝土

特点：这种形式储罐的优点是内罐只起到“包容”LNG的作

用，外罐承受LNG的压力

●三重式储罐

定义：三重式储罐的主要内罐和第2层内罐皆为自立式耐低

温钢，最外层壁为碳钢或预应力混凝土

特点：当主要内罐破裂时，第2层内罐仍可发挥内罐的功

能，而且罐体外壁仍不产生冻结现象

（2）地下式储罐

（3）地下坑储罐3、LNG储罐技术要求

（1）LNG储罐材料选择

常用材料：内壁——镍钢、铝合金、珠光体不锈钢

外壁——预应力钢筋混凝土

隔热——胺基甲酸酯、聚苯乙烯泡沫塑料、玻璃纤维、软

木或珠光砂

选择原则：①在使用温度范围内应具有足够的强度

②在使用温度范围内应具有充分的韧性

③具有良好的加工性和可焊性；

④价格低，容易采购。

（2）LNG储罐的保温方法

普通绝热和真空绝热

二、LNG储罐的安全

1、LNG储罐间的距离

2、溢出与泄漏的控制

（1）对小型LNG储罐

常见方法是在储槽周围设置屏障，对于有可能产生漏泄的阀门、接头处则须设置挡板，且在下方设置集液槽

（2）对大型LNG储罐

将储罐建在地下，使储罐内最高液面低于地平面，堤堰、护墙或蓄液

坑的蓄液能力，主要根据储槽最大容量来考虑

3、LNG储罐及管路系统的净化

目的：防止残留的天然气与空气混合发生爆炸

方法：用氮气或二氧化碳置换

4、LNG在储罐内分层与漩涡

漩涡：指在出现液体温度或密度分层的低温容器中，底部液体由于漏热而形成过热，在一定条件下迅速到达表面并产生大量蒸气的过程，LNG分

层是引发漩涡的前提

危害：导致罐内大量LNG汽化引起超压

防止方法：①不同产地、不同气源的LNG分开储存，避免因密度差而引起

LNG分层

②在储罐内安装一个自动密度仪，以检测不同密度的液层

③使用混合喷嘴和多孔管充注，可使充注的新LNG和原有LNG

充分混合，从而避免分层

④用储罐内的泵使液体从低至顶循环

⑤保持LNG的含氮量低于1%，并密切检测汽化速率

三、储罐的吹扫与冷却

1、储罐吹扫和预冷的目的

若直接用LNG置换，可能会造成内罐内部分位置的温度低于它的设计值，再加上由于有部分LNG闪蒸出来的闪蒸气的原因，会造成罐内局部天然气的压力过低，而用它的蒸发气进行置换可以避免上述情况的发生。用蒸发气进行置换的第二个好处就是可以降低罐内蒸发气的含氮量，在很多情况下组分的含氮量过高会降低设备的性能

第七章LNG运输

一、LNG的陆上运输

1、LNG汽车罐车

在目前的运输中，主要采用半挂式罐车

（1）罐车结构

低温罐体+行走机构

（2）绝热方式

真空粉末隔热、真空纤维隔热和高真空多层隔热

2、LNG罐式集装箱

绝热方式：真空多层绝热

罐式集装箱较汽车罐车的优点：采用非固定连接，具有较好的机动性，即可

运输气体，又可卸下放置现场使用，提高了

车辆使用效率，适合铁路和公路联运，降低

了运输成本

二、LNG的海上运输

1、LNG运输船的结构（1）MOSS型LNG船

优点：①球型舱仅需部分次屏蔽，对绝热要求不严格

②形状简单易于进行结构分析，制造技术简单

③液面晃动效应少，不受装载

④如果货泵坏了，容易对舱加压，以保证紧急卸货

⑤初期投资少

缺点：①船舶的空间利用率低

②船舶重心较其它船高，稳性差

③球型舱上盖影响驾驶台了望，操纵困难，还可能增加保险费

（2）GTT型LNG船

优点：①液舱结构重量低，预冷时间短

②空间利用率高

缺点：①结构复杂

②薄膜液舱的一些部件有时会产生裂缝

（3）SPB型LNG船（半薄膜型液舱）

2、LNG船的装卸系统

三、LNG的管道输送

1、管道输送工艺

（1）LNG密相输送工艺

定义：在LNG管道输送过程中，使LNG的压力位于临界压力以上，温度位于临界压力以下，始终保持液态输送的工艺（2）LNG冷态输送工艺

定义：在进口站将液化天然气送入管道，在管道中的液化天然气吸收外界传入的热量后，逐步蒸发而使管内压力增加，以此推动液

化天然气向前推进

2、管材的选择

9%Ni钢、殷钢和AISI 300系奥氏体不锈钢均可以用于输送LNG，在实际操作时应根据管材的价格、输送距离、输送工艺和施工技术水平等条件，从技术经济的角度选取管材

3、LNG输送管道的预冷

预冷的作用：①避免直接输入LNG导致管道产生香蕉效应

②检验低温材料质量是否合格

③检验焊接质量

④检验管道冷缩量和管托支撑变化

⑤检验低温阀门的密封性

4、LNG输送管道的绝热技术

绝热方式：非绝热管（裸管）、普通（堆积）绝热管以及真空绝热管

绝热材料：常用改性聚氨酯泡沫塑料第八章LNG接收终端

一、LNG接收终端工艺系统

1、组成

①LNG卸船工艺系统②LNG储存工艺系统③LNG再气化/外输工艺系统④蒸

发气处理工艺系统⑤防真空补气工艺系统⑥火炬放空工艺系统

2、LNG接收终端的工艺流程

BOG（蒸发气）产生原因：①LNG储罐热量的输入②冷循环设施热量输入

③高压泵和管线热量输入④卸料操作

⑤由于LNG分层引起的翻滚

（1）BOG直接压缩工艺

定义：LNG储罐内BOG（蒸发气）通过压缩机直接加压到管网所需压力后，进入外输管网输送

特点：设备少，流程简单，但能耗高

工艺流程：

（2）BOG再冷凝工艺

定义：利用加压后LNG自身的冷量冷凝BOG，即LNG经低压泵增压

后，过冷的LNG与BOG间接或直接接触换热，将BOG冷凝为

LNG特点：能耗低，但工艺复杂，设备多，且需不断气化LNG，容易造成浪费

●间接热交换再液化流程

①BOG液化后外输流程

②BOG液化后回储槽流程

●直接热交换再冷凝器液化流程

①再冷凝液化工艺流程

②BOG预冷的再冷凝工艺流程二、LNG接收终端的主要设备

设备：卸料臂、LNG输送泵、LNG气化器、BOG压缩机、再冷凝器

1、卸料臂

通常根据终端规模配置数根卸料臂及1根蒸发气回流臂

2、LNG气化器

分类：开架式气化器（ORV）、浸没燃烧式气化器、中间媒体式气化器、空温式气化器

气化器的选择：从三个方面考虑——①气化器的处理能力及运行参数

②气化器的适应性和可靠性

③接收站所处环境

在选择了适用的气化器类型后，还要对运行费用和投资进

行综合比较

（1）开架式气化器

原理：以海水为加热介质，LNG在带翅片的管束板内由下向上垂直流动，海水则在管束板外自上而下喷淋

（2）浸没燃烧式气化器

原理：燃烧器在水浴水面上燃烧，热烟气通过排气管由喷雾器排入水浴的水中，使水产生高度湍动，达到充分传热，使LNG蒸发3、BOG压缩机

LNG接收终端通常采用往复式或离心式BOG压缩机

特点：①压缩的气体是烃类气体（主要为甲烷），属易燃、易爆气体②进口温度低，约-160℃

③进出口压差大，需采用多级压缩实现较大的压力比

④采用无油润滑⑤较低的活塞速度

⑥高稳定性，以满足连续运行的需要

4、再冷凝器

再冷凝器一般可选用绕管式、管壳式或板翅式换热器

第九章LNG气化站与加气站

一、LNG气化站

1、LNG气化站典型的工艺流程

组成：卸车工艺、储存增压工艺、加热气化工艺、BOG 处理工艺、安全泄放工艺、计量加臭工艺

（1）卸车工艺

工艺流程图（自增压式）：

（2）加热汽化工艺

方式：采用空温式和水浴式相结合的串联流程，夏季使用空温式，冬季使用热水浴式

（3）BOG处理工艺

方式：自压回收方式，回收的BOG的处理采用缓冲输出的方式

工艺流程图：二、LNG加气站

1、LNG加气站的工艺流程

组成：卸车流程、调压流程、加气流程以及一个卸压流程

工艺流程图：

2、LNG加气站主要设备

主要设备：LNG槽车、LNG储罐、调压气化器（空温式气化器）、LNG低温泵、加气机及LNG车载系统

三、LCNG加气站

LCNG加气站与常规的CNG加气站相比，优点：

①无需在城市铺设管线，只需购买LNG槽车来装卸液化天然气；

②运行费用大大降低；

③由于采用液体直接气化，加气量大，速度快

LCNG加气站工艺流程：

第十章LNG的冷量利用

一、LNG的冷量利用

1、LNG冷能的直接利用

（1）冷能发电

发电方式：直接膨胀法、二次媒体法、联合法

联合法工艺流程：

注：将上图由中间LNG处一分为二，左侧则为二次媒体法发电（朗肯循环），右侧即为直接膨胀法发电

LNG冷能发电，只考虑到对LNG冷能的回收利用，并未注意到对LNG

冷能品位的利用，因此不是利用LNG冷能最科学的方式（2）空气分离（3）海水淡化（4）轻烃分离（5）冷库（6）蓄冷装置

（7）在LNG汽车及汽车冷藏车中的应用

（8）制取液态二氧化碳和干冰

2、LNG冷能的间接利用

间接利用主要是利用LNG冷能产生的液态氮和液态氧

（1）超低温破碎（2）污水处理

3、LNG冷能的梯级利用

原理：在冷能利用过程中充分考虑冷能的品位，对不同温度范围的LNG采取不同的利用方式，从而实现能量的有效利用

梯级利用方案例子：